CN116394969A - 设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法及装置，涉及自动驾驶技术领域，该方法包括：在多车道道路的自动驾驶专用车道的入口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对自动驾驶车辆进行换道控制，以使自动驾驶车辆切换至自动驾驶专用车道；在自动驾驶专用车道的主路路段，基于预设的自动驾驶跟驰模型对自动驾驶专用车道上的自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制；在自动驾驶专用车道的出口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对自动驾驶车辆进行换道控制，以使自动驾驶车辆由自动驾驶专用车道切换至多车道道路的出口位置。本发明为设置自动驾驶专用车道后的交通流特性分析提供了模型支撑。

Description

设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法及装置
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其是涉及一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法及装置。
背景技术
随着无人驾驶技术的日渐成熟，人们对于自动驾驶车辆的道路行驶越来越关注。由于自动驾驶车辆与人工驾驶车辆异构体混行的情况下，与单一结构体车辆的行驶相比存在较大的安全风险，为确保自动驾驶车辆与人工驾驶车辆的安全运行，现有的交通流管控模型通常为人工驾驶车辆和自动驾驶车辆的异构混行的自动元胞机交流模型，但是，由于人工驾驶车辆和自动驾驶车辆混行跟驰行驶时，人工驾驶车辆的换道意图或加减速意图的不确定性较高，导致车辆行驶安全性较低，适用性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法及装置，能够使得自动驾驶的跟驰控制过程无需判断人工驾驶车辆的行驶意图，提升了道路车辆行驶的安全性及适用性。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法，包括：在多车道道路的自动驾驶专用车道的入口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制，以使所述自动驾驶车辆切换至所述自动驾驶专用车道；在所述自动驾驶专用车道的主路路段，基于预设的自动驾驶跟驰模型对所述自动驾驶专用车道上的所述自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制；在所述自动驾驶专用车道的出口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制，以使所述自动驾驶车辆由所述自动驾驶专用车道切换至所述多车道道路的出口位置。
进一步，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述基于预设的自动驾驶跟驰模型对所述自动驾驶专用车道上的所述自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制的步骤，包括：确定所述自动驾驶车辆对应的跟驰安全距离；若所述自动驾驶车辆与前车的当前距离大于所述跟驰安全距离，控制所述自动驾驶车辆加速行驶；若所述自动驾驶车辆与前车的当前距离小于等于所述跟驰安全距离，控制所述自动驾驶车辆减速行驶；更新所述自动驾驶车辆的车辆位置及车辆速度，控制所述自动驾驶车辆按照更新后的车辆速度行驶，直至到达所述出口路段。
进一步，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述跟驰安全距离的计算算式为：
dsafe＝vn(t)×ht-lveh
其中，dsafe为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的跟驰安全距离，vn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的速度，ht为车头时距，lveh为第n辆自动驾驶车辆的车辆长度。
进一步，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述预设的自动驾驶跟驰模型包括：
若dn>dsafe，vn(t+1)＝min(vn(t)+a，vmax)；
其中，dn为第n辆自动驾驶车辆与前车n-1的当前距离，dsafe为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的跟驰安全距离，vn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的速度，vn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的速度，a为第n辆自动驾驶车辆的加速度，vmax为所述自动驾驶车辆的最大速度。
进一步，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述预设的自动驾驶跟驰模型包括：
若dn≤dsafe，vn(t+1)＝min(vn(t)，dn(t+1))
dn(t+1)＝(xn-1(t)-xn(t)-l)+Δv(t)
Δv(t)＝vn-1(t)-vn(t)
其中，xn-1(t)为前车n-1在t时刻的车辆位置，xn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的车辆位置，l为车辆长度，vn-1(t)为前车n-1在t时刻的速度。
进一步，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述预设的自动驾驶跟驰模型包括：
xn(t+1)＝xn(t)+vn(t+1)
其中，xn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的车辆位置，vn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的速度。
进一步，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述多车道道路的最内侧车道为所述自动驾驶专用车道，所述基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制的步骤，包括：在所述入口路段，当所述自动驾驶车辆与相邻内侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制所述自动驾驶车辆切换至相邻内侧车道，直至所述自动驾驶车辆切换至最内侧的所述自动驾驶专用车道；在所述出口路段，当所述自动驾驶车辆与相邻外侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制所述自动驾驶车辆切换至相邻外侧车道，直至所述自动驾驶车辆切换至所述多车道道路的最外侧车道。
第二方面，本发明实施例还提供了一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控装置，包括：第一控制模块，用于在多车道道路的自动驾驶专用车道的入口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制，以使所述自动驾驶车辆切换至所述自动驾驶专用车道；第二控制模块，用于在所述自动驾驶专用车道的主路路段，基于预设的自动驾驶跟驰模型对所述自动驾驶专用车道上的所述自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制；第三控制模块，用于在所述自动驾驶专用车道的出口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制，以使所述自动驾驶车辆由所述自动驾驶专用车道切换至所述多车道道路的出口位置。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括：处理器和存储装置；所述存储装置上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如第一方面任一项所述的方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行上述第一方面任一项所述的方法的步骤。
本发明实施例提供了一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法及装置，该方法包括：在多车道道路的自动驾驶专用车道的入口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对自动驾驶车辆进行换道控制，以使自动驾驶车辆切换至自动驾驶专用车道；在自动驾驶专用车道的主路路段，基于预设的自动驾驶跟驰模型对自动驾驶专用车道上的自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制；在自动驾驶专用车道的出口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对自动驾驶车辆进行换道控制，以使自动驾驶车辆由自动驾驶专用车道切换至多车道道路的出口位置。本发明通过在多车道道路上设置自动驾驶专用车道，并在入口路段和出口路段分布控制自动驾驶车辆换道至及切换出自动驾驶专用车道，可以使自动驾驶车辆在主路路段仅在自动驾驶专用车道行驶，避免人工驾驶车辆和自动驾驶车辆混行，使得自动驾驶的跟驰控制过程无需判断人工驾驶车辆的行驶意图，提升了道路车辆行驶的安全性及适用性。
本发明实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明实施例的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法流程图；
图2示出了本发明实施例所提供的一种自动驾驶专用车道区域划分示意图；
图3示出了本发明实施例所提供的一种入口路段换道示意图；
图4示出了本发明实施例所提供的一种主路路段示意图；
图5示出了本发明实施例所提供的一种出口路段换道示意图；
图6示出了本发明实施例所提供的一种车辆跟驰模型示意图；
图7示出了本发明实施例所提供的一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
目前，元胞自动机可以通过简单的规则，较为真实地模拟复杂的交通现象。自经典NS元胞自动机交通流模型提出后，许多学者根据实际应用场景将NS规则进行了改进，形成了TT模型、巡航控制极限模型、FI模型、速度效应模型、敏感驾驶模型和改进的舒适驾驶模型等，这些模型都在一定程度上重现了特殊的交通现象。现有的基于元胞自动机的交通流模型，通常为解决自动驾驶车辆和人工驾驶车辆混合行驶下的跟驰模型和换道模型，并未考虑对于设置自动驾驶专用车道后的交通流模型。综上所述，现有研究仅考虑了单一类型结构体的元胞自动机交通模型或者人工驾驶车辆和智能车辆的异构混行的自动元胞机交流模型，未考虑在设置自动驾驶专用车道后的元胞自动机交通流模型。
为改善上述问题，本发明实施例提供的一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法及装置，以下对本发明实施例进行详细介绍。
本实施例提供了一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法，应用于计算机等电子设备，该电子设备可以安装设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控系统，参见图1所示的设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法流程图，该方法主要包括以下步骤：
步骤S102，在多车道道路的自动驾驶专用车道的入口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对自动驾驶车辆进行换道控制，以使自动驾驶车辆切换至自动驾驶专用车道。
上述多车道道路可以包括至少三条车道，该多车道道路的其中一条车道为自动驾驶专用车道，基于自动驾驶专用车道的起点和终点位置将多车道道路划分为入口路段、主路路段和出口路段(也可以称为入口区域、主路区域和出口区域)。在该入口路段，自动驾驶车辆需要进行车道切换，以逐步向自动驾驶专用车道靠近，当自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离较大时可以控制自动驾驶车辆切换车道，直到自动驾驶车辆进入自动驾驶专用车道。
上述自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离可以基于自动驾驶车辆上安装的激光检测装置或图像传感器采集得到，也可以基于自动驾驶车辆与待换车道中后车在同一导航或地图中的当前定位得到。
参见如图2所示的自动驾驶专用车道区域划分示意图，以三车道道路为例，该三车道道路包括入口路段、主路路段和出口路段，在自动驾驶专用车道的起点位置设置有入口路段，该入口路段覆盖有自动驾驶专用车道的起点，在该入口路段内自动驾驶车辆切换至自动驾驶车辆的概率为1，无需判断换道意图，而人工驾驶车辆需要在该路段驶离自动驾驶专用车道所在车道，以便在主路路段实现自动驾驶车辆与人工驾驶车辆的分离。上述入口区域可以尽可能地长，以形成自动驾驶车辆与人工驾驶车辆分离的缓冲地带，提升了车辆行驶的安全性。
步骤S104，在自动驾驶专用车道的主路路段，基于预设的自动驾驶跟驰模型对自动驾驶专用车道上的自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制。
在自动驾驶专用车道的主路路段中，自动驾驶车辆在自动驾驶专用车道中行驶，人工驾驶车辆在其他车道行驶，自动驾驶车辆和人工驾驶车辆分车道行驶，不存在混行状态，无需判断人工驾驶车辆的变道意图，自动驾驶车辆只需在自动驾驶专用车道中对前面的自动驾驶车辆进行跟驰行驶即可，因此，在该路段中可以采用预设的自动驾驶跟驰模型对自动驾驶专用车道上的自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制，该预设的自动驾驶跟驰模型可以根据前车速度及与前车的距离设置自动驾驶车辆的行驶速度。
步骤S106，在自动驾驶专用车道的出口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对自动驾驶车辆进行换道控制，以使自动驾驶车辆由自动驾驶专用车道切换至多车道道路的出口位置。
如图2所示，自动驾驶专用车道的出口路段为自动驾驶专用车道的终点区域，在该路段内自动驾驶车辆驶离自动驾驶专用车道的概率为1，无需判断换道意图。在该入口路段，自动驾驶车辆需要进行车道切换，以驶离自动驾驶专用车道，直至驶离该多车道道路，当自动驾驶车辆与相邻的待换车道中后车的距离较大时可以控制自动驾驶车辆驶离自动驾驶专用车道，直到自动驾驶车辆进入多车道道路的出口位置。
本实施例提供的上述设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法，通过在多车道道路上设置自动驾驶专用车道，并在入口路段和出口路段分布控制自动驾驶车辆换道至及切换出自动驾驶专用车道，可以使自动驾驶车辆在主路路段仅在自动驾驶专用车道行驶，避免人工驾驶车辆和自动驾驶车辆混行，使得自动驾驶的跟驰控制过程无需判断人工驾驶车辆的行驶意图，提升了道路车辆行驶的安全性及适用性。
在一个实施例中，上述多车道道路的最内侧车道为自动驾驶专用车道，在入口路段，当自动驾驶车辆与相邻内侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆切换至相邻内侧车道，直至自动驾驶车辆切换至最内侧的自动驾驶专用车道。在入口路段，实时检测并判断自动驾驶车辆与相邻内侧车道中的后车的距离，每当检测到自动驾驶车辆与相邻内侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆向相邻内侧车道切换，直至自动驾驶车辆驶入自动驾驶专用车道。
在入口路段，自动驾驶车辆换至自动驾驶专用车道(最内侧车道)的概率为1，无需判断换道意图，参见如图3所示的入口路段换道示意图，以三车道道路为例，自动驾驶车辆从多车道道路的入口进入入口路段后首先行驶在车道3中，当自动驾驶车辆与相邻内侧车道(即车道2)中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆切换至相邻内侧车道2，当自动驾驶车辆与相邻内侧车道(即车道1)中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆切换至相邻内侧车道1(即自动驾驶专用车道)。
在一种具体的实施方式中，上述多车道道路包括车道1、车道2和车道3，在入口路段，自动驾驶车辆的自动换道模型可以为：
Figure BDA0004018376150000091
其中，dn_a_l为第n辆自动驾驶车辆与相邻内侧车道中后车的距离，d`safe为车辆换道的安全距离，设车道1、车道2和车道3分别对应数字-1、0和1，Cn,为第n辆自动驾驶车辆当前所在车道对应的数字，Cn为换道后的车道对应的数字，当第n辆自动驾驶车辆当前位于车道3时，Cn,取值为1，计算得到Cn为0，即车辆由车道3切换至车道2；当第n辆自动驾驶车辆当前位于车道2时，Cn,取值为0，计算得到Cn为-1，即车辆由车道2切换至车道1。
在一个实施例中，本实施例提供了基于预设的自动驾驶跟驰模型对自动驾驶专用车道上的自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制的实施方式，具体可参照如下步骤(1)～步骤(4)执行：
步骤(1)：确定自动驾驶车辆对应的跟驰安全距离。
参见如图4所示的主路路段示意图，在自动驾驶专用车道的主路路段，自动驾驶车辆只能在自动驾驶专用车道内行驶，人工驾驶车辆只能在自动驾驶专用车道之外的其他车道行驶，自动驾驶车辆和人工驾驶车辆分车道行驶，不存在混行状态。
自动驾驶车辆(简称AV)具有网联的功能，并且自动驾驶车辆是L3及以上级别能够实现系统操作的车辆，因此，可以将自动驾驶车辆看作机器操作的车辆，与人工驾驶车辆的驾驶行为非常不同，无需考虑驾驶员行为或心理能影响因素。
在一种具体的实施方式中，跟驰安全距离的计算算式为：
dsafe＝vn(t)×ht-lveh
其中，dsafe为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的跟驰安全距离，vn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的速度，ht为车辆的车头时距，lveh为第n辆自动驾驶车辆的车辆长度。
步骤(2)：若自动驾驶车辆与前车的当前距离大于跟驰安全距离，控制自动驾驶车辆加速行驶。
上述跟驰安全距离可以根据自动驾驶车辆的制动距离确定，诸如，该跟驰安全距离可以大于自动驾驶车辆的最小制动距离。当自动驾驶车辆与前车的当前距离大于跟驰安全距离时，车辆期望以最大的速度行驶，可以根据与前车的距离控制自动驾驶车辆加速。
在一种具体的实施方式中，若dn>dsafe，vn(t+1)＝min(vn(t)+a，vmax)；
其中，dn为第n辆自动驾驶车辆与前车n-1的当前距离，dsafe为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的跟驰安全距离，vn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的速度，vn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的速度，a为第n辆自动驾驶车辆的加速度，vmax为自动驾驶车辆的最大速度。设当前时刻为t，控制自动驾驶车辆加速后，自动驾驶车辆在下一时刻的速度vn(t+1)取vn(t)+a和vmax中的最小值。
步骤(3)：若自动驾驶车辆与前车的当前距离小于等于跟驰安全距离，控制自动驾驶车辆减速行驶。
当自动驾驶车辆与前车的当前距离小于等于跟驰安全距离时，为了避免与前车相撞，控制自动驾驶车辆减速行驶。
在一种具体的实施方式中，若dn≤dsafe，
vn(t+1)＝min(vn(t)，dn(t+1))
dn(t+1)＝(xn-1(t)-xn(t)-l)+Δv(t)
Δv(t)＝vn-1(t)-vn(t)
其中，xn-1(t)为前车n-1在t时刻的车辆位置，xn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的车辆位置，l为车辆长度，vn_1(t)为前车n-1在t时刻的速度。dn(t+1)为第t时刻前车n-1的车尾与后车n的车头的距离加上前车n-1与后车n在t时刻的速度之差。
上述车辆长度l与采集的车辆位置相关。当上述车辆位置为车辆的中心点所在位置时，上述车辆长度l为前车的车辆长度ln-1与后车车辆长度ln的平均值(ln-1+ln)/2；当上述车辆位置为车辆的车尾位置时，上述车辆长度l为后车车辆长度ln。
步骤(4)：更新自动驾驶车辆的车辆位置及车辆速度，控制自动驾驶车辆按照更新后的车辆速度行驶，直至到达出口路段。
控制车辆加速或减速后，预设的自动驾驶跟驰模型更新自动驾驶车辆的车辆位置，并控制自动驾驶车辆按照调整后的速度向前行驶。
在一种具体的实施方式中，xn(t+1)＝xn(t)+vn(t+1)
其中，xn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的车辆位置，vn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的速度。
在一个实施例中，在出口路段，当自动驾驶车辆与相邻外侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆切换至相邻外侧车道，直至自动驾驶车辆切换至多车道道路的最外侧车道。在出口路段，实时检测并判断自动驾驶车辆与相邻外侧车道中的后车的距离，每当检测到自动驾驶车辆与相邻外侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆向相邻外侧车道切换。
在出口路段，自动驾驶车辆驶离自动驾驶专用车道(最内侧车道)的概率为1，无需判断换道意图，参见如图5所示的出口路段换道示意图，以三车道道路为例，自动驾驶车辆进入出口路段时行驶在自动驾驶专用车道(即车道1)中，当自动驾驶车辆与相邻外侧车道(即车道2)中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆切换至相邻外侧车道2中，当自动驾驶车辆与相邻外侧车道(即车道3)中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆切换至相邻外侧车道3(即最外侧车道)中，直至自动驾驶车辆到达出口位置驶离该多车道道路。
在一种具体的实施方式中，上述多车道道路包括车道1、车道2和车道3，在出口路段，自动驾驶车辆的换道模型可以为：
Figure BDA0004018376150000121
其中，dn_b_l为第n辆自动驾驶车辆与相邻外侧车道中后车的距离，d`safe为车辆换道的安全距离，设车道1、车道2和车道3分别对应数字-1、0和1，Cn,为第n辆自动驾驶车辆当前所在车道对应的数字，Cn为换道后的车道对应的数字，当第n辆自动驾驶车辆当前位于车道1时，Cn,取值为-1，计算得到Cn为0，即车辆由车道1切换至车道2；当第n辆自动驾驶车辆当前位于车道2时，Cn,取值为0，计算得到Cn为1，即车辆由车道2切换至车道3。
本实施例提供的上述设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法，通过对设置自动驾驶专用车道后的道路建立交通流管控模型，能够真实模拟设置自动驾驶专用车道后的道路交通流情况，为设置自动驾驶专用车道后的交通流特性分析提供了模型支撑。为提升自动驾驶车辆的行驶安全性提供了可靠依据，提高了交通模型的适用性和交通仿真的真实性。
在前述实施例的基础上，本实施例提供了一种应用前述设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法对设置自动驾驶专用车道的元胞自动机交通流建模的示例，具体可参照如下步骤执行：
步骤1，确定车辆的行驶方式。
上述交通流模型适用于单向3车道(或双向6车道)的道路、在车道1(最内侧车道)设置一条自动驾驶专用车道的场景。按照自动驾驶专用车道(Dedicated Lane forAutonomous Vehicles，DLAVs)的施划区域不同，将多车道道路划分为入口区域(DLAVs的起点)、主路区域和出口区域(DLAVs的终点)。
针对自动驾驶车辆(Autonomous Vehicles，AV)和人工驾驶车辆(manualVehicles，HV)在出入口区域存在异构交通主体混行时建立跟驰和换道模型，在主路区域自动驾驶车辆和人工驾驶车辆分开行驶时的跟驰和换道模型。
1)在入口区域内，AV和HV从匝道驶入高速，AV为尽快驶入最内侧DLAVs，将以最大概率变道驶入DLAVs，并且在未驶入DLAVs之前，AV仍然采用人工驾驶模式；2)在主路区域内，AV车辆仅能行驶在AVLs内，HV仅能行驶在非DLAVs；3)在终点区域内，允许AV驶离高速，AV为尽快驶离最内侧DLAVs，将以最大概率变道驶离DLAVs，并且在驶离DLAVs后，AV采用人工驾驶模式。具体如下：
(1)基于元胞自动机建立的三车道DLAVs入口区域运行方式如图3所示。车道1为DLAVs，车道2和车道3为人工驾驶车道。在AV和HV驶入主线时将遵循以下原则：
a)AV以最大概率驶入DLAVs，在未驶入DLAVs之前仍然采用人工驾驶模式；
b)HV车辆仅能变道驶入车道2和车道3，禁止驶入DLAVs。
(2)基于元胞自动机建立的三车道DLAVs运行方式如图4所示。车道1为DLAVs，车道2和车道3为人工驾驶车道。AV和HV在行驶过程中遵循以下原则：
a)AV只能在DLAVs内行驶；
b)HV只能在人工驾驶车道内行驶，且遵循对称换道。
(3)基于元胞自动机建立的三车道DLAVs出口区域运行方式如图5所示。车道1为DLAVs，车道2和车道3为人工驾驶车道。在AV和HV驶离主线时将遵循以下原则：
a)AV以最大概率驶离DLAVs，在驶离DLAVs之后采用人工驾驶模式；
b)驶过DLAVs终点后人工驾驶车辆可以在车道1、车道2和车道3行驶。
步骤2，建立元胞自动机交通流模型。
车辆类型及所行驶区域不同时采用的跟驰和换道模型也不同。通过组合分析可知，共存在4种跟驰模型和2种换道类型，参见如图6所示的车辆跟驰模型示意图，图6中示出了车辆行驶过程中存在的4种跟驰模型。参见如下表一所示的跟驰模型和换道模型与行驶区域对应关系表，表一中示出了各种跟驰模型及换道模型对应的行驶区域。
表一跟驰模型和换道模型与行驶区域对应关系表
Figure BDA0004018376150000141
AV因具有网联的功能，并且自动驾驶车辆是L3及以上级别能够实现系统操作的车辆，可以将其看作机器操作的车辆，与人工驾驶车辆的驾驶行为非常不同，因此NaSch模型中的随机慢化已不再适用，为适应自动驾驶车辆驾驶行为，建立适用于自动驾驶专用车道所适用的自动驾驶跟驰模型，如下：速度的取值为0，1，2，…，vmax，vmax为车辆的最大速度，模型采用周期性边界，在时刻t→t+1的过程中，模型每一步的演化规则如下所示：
自动驾驶跟驰模型：
1.确定跟驰安全距离
dsafe＝vn(t)×ht-lveh
式中：
dsafe——为车辆n在t时刻的安全车距(m)；
vn(t)——表示t时刻车辆n的速度(m/s)；
ht——为车头时距(s)；
lveh——车辆n的长度(m)。
2.当dn>dsafe时，车辆加速，期望以最大的速度行驶。
vn(t+1)＝min(vn(t)+a，vmax)
式中：
dn——车辆n与前车n-1的距离(m)；
vn(t+1)——表示t+1时刻，车辆n的速度(m/s)；
a——表示车辆n的加速度(m/s2)；
vmax——表示车辆的最大速度。
3.当dn≤dsafe时，车辆减速，驾驶员为了避免与前车相撞而采取减速措施，选取第t时刻速度和车间距中的最小值作为t+1时刻的速度。此时dn(t+1)为第t时刻前车n-1的车尾与后车n的车头的距离加上前车n-1与后车n在t时刻的速度之差。
vn(t+1)＝min(vn(t)，dn(t+1))
dn(t+1)＝(xn-1(t)-xn(t)-lveh)+Δv(t)
Δv(t)＝vn-1(t)-vn(t)
式中：
xn-1(t)——表示在t时刻，前车车辆n-1的位置(m)；
xn(t)——表示在t时刻，车辆n的位置(m)。
4.车辆位置更新，按照调整后的速度向前行驶。
xn(t+1)＝xn(t)+vn(t+1)
式中：
xn(t+1)——表示在t+1时刻，车辆n的位置(m)。
自动驾驶换道模型：
Figure BDA0004018376150000161
dn_c_l——表示车辆n与待换车道中后车的距离(m)；
d`safe——车辆换道的安全距离(m)；
Cn，为第n辆自动驾驶车辆当前所在车道对应的数字，Cn为换道后的车道对应的数字，Cn取值{-1，0，1}，-1、0和1分别为车道1、车道2和车道3对应的数字。
步骤3，确定各区域采用的模型。
参见如下表二所示的车辆在不同区域对应的应用模型关系表，AV在入口区域和出口区域以概率1分别驶入和驶离DLAVs，因此在该区域内行驶的车辆不需要满足换道动机条件的判断，只要满足安全条件，AV一定进行换道，在该区域内行驶的车辆换道方式采用AV换道模型(即自动驾驶换道模型)，且为了与人工驾驶车辆行为特征保持一致，在该区域内行驶的车辆跟驰方式采用NaSch模型；AV车辆在主路区域内只能在DLAVs行驶，不存在换道行为，跟驰方式为AV-AV，因此在该区域内行驶的车辆跟驰模式为AV跟驰模型(即预设的自动驾驶跟驰模型)；HV车辆在全域内跟驰和换道模型分别为NaSch模型和STCA模型。
表二车辆在不同区域对应的应用模型关系表
Figure BDA0004018376150000171
对应于上述实施例所提供的设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法，本发明实施例提供了一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控装置，参见图7所示的一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控装置结构示意图，该装置包括以下模块：
第一控制模块71，用于在多车道道路的自动驾驶专用车道的入口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对自动驾驶车辆进行换道控制，以使自动驾驶车辆切换至自动驾驶专用车道。
第二控制模块72，用于在自动驾驶专用车道的主路路段，基于预设的自动驾驶跟驰模型对自动驾驶专用车道上的自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制。
第三控制模块73，用于在自动驾驶专用车道的出口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对自动驾驶车辆进行换道控制，以使自动驾驶车辆由自动驾驶专用车道切换至多车道道路的出口位置。
本实施例提供的上述设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控装置，通过在多车道道路上设置自动驾驶专用车道，并在入口路段和出口路段分布控制自动驾驶车辆换道至及切换出自动驾驶专用车道，可以使自动驾驶车辆在主路路段仅在自动驾驶专用车道行驶，避免人工驾驶车辆和自动驾驶车辆混行，使得自动驾驶的跟驰控制过程无需判断人工驾驶车辆的行驶意图，提升了道路车辆行驶的安全性及适用性。
在一种实施方式中，上述第二控制模块72，用于确定自动驾驶车辆对应的跟驰安全距离；若自动驾驶车辆与前车的当前距离大于跟驰安全距离，控制自动驾驶车辆加速行驶；若自动驾驶车辆与前车的当前距离小于等于跟驰安全距离，控制自动驾驶车辆减速行驶；更新自动驾驶车辆的车辆位置及车辆速度，控制自动驾驶车辆按照更新后的车辆速度行驶，直至到达出口路段。
在一种实施方式中，上述跟驰安全距离的计算算式为：
dsafe＝vn(t)×ht-lveh
其中，dsafe为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的跟驰安全距离，vn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的速度，ht为车头时距，lveh为第n辆自动驾驶车辆的车辆长度。
在一种实施方式中，上述预设的自动驾驶跟驰模型包括：
若dn>dsafe，vn(t+1)＝min(vn(t)+a，vmax)；
其中，dn为第n辆自动驾驶车辆与前车n-1的当前距离，dsafe为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的跟驰安全距离，vn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的速度，vn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的速度，a为第n辆自动驾驶车辆的加速度，vmax为自动驾驶车辆的最大速度。
在一种实施方式中，上述预设的自动驾驶跟驰模型包括：
若dn≤dsafe，vn(t+1)＝min(vn(t)，dn(t+1))
dn(t+1)＝(xn-1(t)-xn(t)-l)+Δv(t)
Δv(t)＝vn-1(t)-vn(t)
其中，xn-1(t)为前车n-1在t时刻的车辆位置，xn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的车辆位置，l为车辆长度，vn_1(t)为前车n-1在t时刻的速度。
在一种实施方式中，上述预设的自动驾驶跟驰模型包括：
xn(t+1)＝xn(t)+vn(t+1)
其中，xn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的车辆位置，vn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的速度。
在一种实施方式中，上述第一控制模块71，用于在入口路段，当自动驾驶车辆与相邻内侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆切换至相邻内侧车道，直至自动驾驶车辆切换至最内侧的自动驾驶专用车道。
在一种实施方式中，上述第三控制模块73，用于在出口路段，当自动驾驶车辆与相邻外侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制自动驾驶车辆切换至相邻外侧车道，直至自动驾驶车辆切换至多车道道路的最外侧车道。
本实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
本发明实施例提供了一种电子设备，电子设备包括处理器、存储器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例提供的方法的步骤。
本发明实施例提供了一种计算机可读介质，其中，所述计算机可读介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，所述计算机可执行指令促使所述处理器实现上述实施例所述的方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明实施例所提供的设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法及装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控方法，其特征在于，包括：
在多车道道路的自动驾驶专用车道的入口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制，以使所述自动驾驶车辆切换至所述自动驾驶专用车道；
在所述自动驾驶专用车道的主路路段，基于预设的自动驾驶跟驰模型对所述自动驾驶专用车道上的所述自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制；
在所述自动驾驶专用车道的出口路段，基于所述自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制，以使所述自动驾驶车辆由所述自动驾驶专用车道切换至所述多车道道路的出口位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的自动驾驶跟驰模型对所述自动驾驶专用车道上的所述自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制的步骤，包括：
确定所述自动驾驶车辆对应的跟驰安全距离；
若所述自动驾驶车辆与前车的当前距离大于所述跟驰安全距离，控制所述自动驾驶车辆加速行驶；
若所述自动驾驶车辆与前车的当前距离小于等于所述跟驰安全距离，控制所述自动驾驶车辆减速行驶；
更新所述自动驾驶车辆的车辆位置及车辆速度，控制所述自动驾驶车辆按照更新后的车辆速度行驶，直至到达所述出口路段。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述跟驰安全距离的计算算式为：
dsafe＝vn(t)×ht-lveh
其中，dsafe为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的跟驰安全距离，vn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的速度，ht为车头时距，lveh为第n辆自动驾驶车辆的车辆长度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设的自动驾驶跟驰模型包括：
若dn>dsafe，vn(t+1)＝min(vn(t)+a，vmax)；
其中，dn为第n辆自动驾驶车辆与前车n-1的当前距离，dsafe为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的跟驰安全距离，vn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的速度，vn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的速度，a为第n辆自动驾驶车辆的加速度，vmax为所述自动驾驶车辆的最大速度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设的自动驾驶跟驰模型包括：
若dn≤dsafe，vn(t+1)＝min(vn(t)，dn(t+1))
dn(t+1)＝(xn-1(t)-xn(t)-l)+Δv(t)
ΔV(t)＝vn-1(t)-vn(t)
其中，xn-1(t)为前车n-1在t时刻的车辆位置，xn(t)为第n辆自动驾驶车辆在t时刻的车辆位置，l为车辆长度，vn-1(t)为前车n-1在t时刻的速度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设的自动驾驶跟驰模型包括：
xn(t+1)＝xn(t)+vn(t+1)
其中，xn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的车辆位置，vn(t+1)为第n辆自动驾驶车辆在t+1时刻的速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多车道道路的最内侧车道为所述自动驾驶专用车道，所述基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制的步骤，包括：
在所述入口路段，当所述自动驾驶车辆与相邻内侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制所述自动驾驶车辆切换至相邻内侧车道，直至所述自动驾驶车辆切换至最内侧的所述自动驾驶专用车道；
在所述出口路段，当所述自动驾驶车辆与相邻外侧车道中的后车的距离大于车辆换道安全距离时，控制所述自动驾驶车辆切换至相邻外侧车道，直至所述自动驾驶车辆切换至所述多车道道路的最外侧车道。
8.一种设置有自动驾驶专用车道的道路车辆管控装置，其特征在于，包括：
第一控制模块，用于在多车道道路的自动驾驶专用车道的入口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制，以使所述自动驾驶车辆切换至所述自动驾驶专用车道；
第二控制模块，用于在所述自动驾驶专用车道的主路路段，基于预设的自动驾驶跟驰模型对所述自动驾驶专用车道上的所述自动驾驶车辆进行车辆跟驰控制；
第三控制模块，用于在所述自动驾驶专用车道的出口路段，基于自动驾驶车辆与待换车道中后车的距离对所述自动驾驶车辆进行换道控制，以使所述自动驾驶车辆由所述自动驾驶专用车道切换至所述多车道道路的出口位置。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储装置；所述存储装置上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器运行时执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至7任一项所述的方法的步骤。
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